基于無(wú)人機(jī)航空攝影的輸電線路樹障巡視

李強(qiáng)

摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用也逐漸深入社會(huì)日常生活的方方面面，伴隨而來(lái)的是無(wú)人機(jī)需求持續(xù)增長(zhǎng)和輸電線路覆蓋區(qū)域的增加。對(duì)無(wú)人機(jī)而言，無(wú)人機(jī)服務(wù)的可靠性要求也越來(lái)越高。采用基于無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)的樹障巡視方法，既能大幅縮短巡視時(shí)間、提高巡視效率，又能減少因目測(cè)方式中主觀因素對(duì)精度的影響，提高樹障距離量測(cè)的精度。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)航空攝影;輸電線路;樹障巡視

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，電力設(shè)施已成為人們生活中不可或缺的一部分。其中，電網(wǎng)系統(tǒng)是將相近的電廠、電站等聯(lián)系整合起來(lái)的重要電力設(shè)施組成部分，保證各個(gè)地區(qū)發(fā)電與供電的安全可靠，調(diào)整不同地區(qū)間的電力資源供需平衡，保持國(guó)家規(guī)定的電能質(zhì)量和獲得最大的國(guó)民經(jīng)濟(jì)利益，在建設(shè)全國(guó)電力設(shè)施中一直扮演著重要角色。隨著社會(huì)電力工業(yè)的迅速穩(wěn)步發(fā)展，特別是世界各國(guó)相繼投資建設(shè)了大容量的火電、水電以及原子能電站，導(dǎo)致電網(wǎng)的容量越來(lái)越大。但是，由于自然、人為等多種因素，輸電線路安全隱患不可避免的存在，如何提早發(fā)現(xiàn)預(yù)防、及時(shí)檢測(cè)出危害輸電線路的缺陷安全隱患，成為保障各地區(qū)電力供應(yīng)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。目前，輸電線路隱患缺陷主要是輸電線路走廊通道隱患，尤其是輸電線路下樹木隱患、輸電線路走廊內(nèi)違章施工和違章建筑，因巡視不到位或監(jiān)控不及時(shí)，時(shí)常有導(dǎo)致線路跳閘事件發(fā)生，嚴(yán)重危及電力輸電線路運(yùn)行安全。

1無(wú)人機(jī)航空攝影的輸電線路樹障巡視

無(wú)人機(jī)在輸電線路巡視中的應(yīng)用方式較為統(tǒng)一，一般情況下，操控人員會(huì)將作業(yè)過程中會(huì)用到的較小的攝像機(jī)、照相機(jī)固定在無(wú)人機(jī)機(jī)體吊艙內(nèi)，由副控人員全程負(fù)責(zé)，將無(wú)人機(jī)作業(yè)過程中拍攝到的影像資料全部記錄下來(lái)，并在無(wú)人機(jī)返航后對(duì)影像資料進(jìn)行檢查與分析。飛行穩(wěn)定是對(duì)無(wú)人作業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵性要求，但是，根據(jù)目前發(fā)展情況，無(wú)人機(jī)在作業(yè)過程中仍會(huì)發(fā)生不定時(shí)的抖動(dòng)，這就導(dǎo)致照相機(jī)不易對(duì)焦成功，拍攝出的影像資料分辨率較低。對(duì)于線路斷線、桿塔傾倒以及絕緣子損壞等故障，較易從巡視資料中看出，但是對(duì)于線路溫度異常、電纜老化等問題，僅通過無(wú)人機(jī)航拍作業(yè)仍然難以辨別。在無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行作業(yè)過程中，常使用數(shù)據(jù)鏈傳輸功能將航拍得到的影像資料實(shí)時(shí)投射到地面監(jiān)控站的系統(tǒng)屏幕上，負(fù)責(zé)飛行控制的主控工作人員與負(fù)責(zé)監(jiān)控圖像的副控工作人員互相配合，主控工作人員規(guī)劃好無(wú)人機(jī)飛行路線后進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，防止無(wú)人機(jī)飛行過程中出現(xiàn)偏離航線、停機(jī)返倉(cāng)等意外，副控工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)傳回的畫面，一旦觀測(cè)到異常情況，立即通知主控操作人員更改無(wú)人機(jī)飛行路線，對(duì)異常地區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)巡查，要求兩位操作人員配合密切。

2無(wú)人機(jī)航空攝影的輸電線路樹障巡視現(xiàn)狀

2.1不掌握樹障盲點(diǎn)和生長(zhǎng)規(guī)律

對(duì)于只能人工巡視到達(dá)的懸崖、降坡點(diǎn)、大山溝的凸坡點(diǎn)等特殊地形的樹障未能精準(zhǔn)測(cè)量和識(shí)別，未列入清理計(jì)劃。對(duì)部分如速生桉樹、竹子等生長(zhǎng)速度快，成材周期短的樹障自然生長(zhǎng)特性評(píng)估不準(zhǔn)，導(dǎo)致部分樹障管控出現(xiàn)真空，未充分識(shí)別和列入重點(diǎn)關(guān)注。

2.2樹障清理協(xié)調(diào)難度大

樹障存量基數(shù)過大和樹木產(chǎn)權(quán)人要求賠償價(jià)格過高，增大清理協(xié)調(diào)難度，清理進(jìn)度緩慢，特別是林權(quán)制度改革，如需砍伐線路保護(hù)區(qū)內(nèi)自然生長(zhǎng)的灌木，農(nóng)戶均有限提出補(bǔ)償，這是近年來(lái)樹障存量只增不減的重要原因。

2.3輸電線的樹障隱患問題

基于提取的電力線數(shù)據(jù)，使用分段截面距離來(lái)計(jì)算和分析輸電線與其下方地物之間的距離，并自動(dòng)將該距離與規(guī)定的安全距離進(jìn)行比較，標(biāo)記輸電線與地物距離在標(biāo)準(zhǔn)安全距離以內(nèi)的區(qū)域;然后，在中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司500kv“楚穗交流”20km線路采用可視化校核技術(shù)，對(duì)獲得的樹障隱患分析結(jié)果進(jìn)行校核，實(shí)現(xiàn)輸電線路巡檢樹障隱患自動(dòng)分析并對(duì)整體場(chǎng)景進(jìn)行精度評(píng)估與分析。

3無(wú)人機(jī)航空攝影的輸電線路樹障巡視優(yōu)化

3.1無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理優(yōu)化

隨著無(wú)人機(jī)的發(fā)展，海量、密集、高質(zhì)量的無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)被應(yīng)用于各種領(lǐng)域。對(duì)于利用無(wú)人機(jī)影像的輸電線路的識(shí)別與檢測(cè)，目前較多的科研機(jī)構(gòu)或者實(shí)際生產(chǎn)公司大多偏向于檢測(cè)識(shí)別處理算法的研究。盡管許多電網(wǎng)公司嘗試將理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)無(wú)人機(jī)在電力相關(guān)設(shè)施巡檢方面的應(yīng)用進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，然而，由于受到實(shí)際復(fù)雜場(chǎng)景如復(fù)雜地形或遭遇惡劣天氣等的約束，輸電線路的識(shí)別檢測(cè)及其樹障隱患分析技術(shù)的實(shí)踐并不能獲得令人滿意的結(jié)果。部分研究機(jī)構(gòu)在輸電線路相關(guān)檢測(cè)方面取得了一定的進(jìn)展。奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)的相關(guān)研究人員利用無(wú)人機(jī)獲得的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)圖像小目標(biāo)識(shí)別與提取處理算法，在實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景中成功對(duì)輸電線路絕緣子缺陷進(jìn)行了判別。對(duì)電力線進(jìn)行了跟蹤檢測(cè)，并通過實(shí)驗(yàn)證明了其算法的可行性。除此之外，瑞典的查爾姆斯理工大學(xué)相關(guān)研究人員基于無(wú)人機(jī)獲得的輸電線路視頻，通過視頻解析處理算法，成功對(duì)輸電線路的覆冰隱患進(jìn)行了識(shí)別和判斷。

3.2加強(qiáng)宣傳，防治結(jié)合

加強(qiáng)對(duì)防樹障工作的宣傳，告知安全風(fēng)險(xiǎn)，防止在線路保護(hù)區(qū)種植高桿樹木。對(duì)于拒不配合，強(qiáng)行在線路保護(hù)區(qū)內(nèi)種植樹木的行為，通過口頭告知安全風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)隱患告知書，立警示標(biāo)識(shí)牌，發(fā)律師函等方式制止，并做好回執(zhí)存檔，為后期司法訴訟做好準(zhǔn)備。

3.3無(wú)人機(jī)電力線走廊影像采集與處理優(yōu)化

基于雙目識(shí)別的逆向技術(shù)，無(wú)人機(jī)采取“U”型飛行方式，通過設(shè)置無(wú)人機(jī)的飛行高度、旁向重疊以及航向重疊等參數(shù)，從不同角度對(duì)桿塔兩側(cè)的電力線進(jìn)行拍攝，使得桿塔兩側(cè)的電力線可以在不同照片中顯示，獲得具有立體像對(duì)多張影像數(shù)據(jù)。通過空三解算、密集匹配等技術(shù)，從具有立體像對(duì)的無(wú)人機(jī)影像中獲取電力線走廊點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

3.4樹障清理，小樹處理同行

提前處理最終生長(zhǎng)高度可能影響線路運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)林，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和減少林木補(bǔ)償。談成一處，處理一處，砍伐后與農(nóng)戶依法簽訂“不再種植”協(xié)議書，努力減少存量?？撤バ涞耐怀鰞?yōu)點(diǎn)：不存在樹線安全距離不足風(fēng)險(xiǎn);不存在倒樹傷人風(fēng)險(xiǎn);小樹價(jià)低，減少樹障補(bǔ)償;小樹砍伐效率高，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少外部勞務(wù)費(fèi)支出。

結(jié)束語(yǔ)

輸電線路運(yùn)維工作長(zhǎng)期受制于落后的工作方法，人工運(yùn)維不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效果不佳?；跓o(wú)人機(jī)航空攝影的輸電線路樹障運(yùn)維方式不僅解決了工人工作期間勞動(dòng)強(qiáng)度大、無(wú)路可走、夏季高溫、冬季寒冷的工作環(huán)境問題，也從量測(cè)精度上大大提高了線路運(yùn)維的質(zhì)量。本文提出了無(wú)人機(jī)在輸電線路巡視中的應(yīng)用新模式，首先介紹了無(wú)人機(jī)的構(gòu)成以及輸電線路各類無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)并進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比;之后對(duì)無(wú)人機(jī)應(yīng)用于高壓輸電線路巡視的方式進(jìn)行研究，針對(duì)無(wú)人機(jī)輸電線路的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用情況進(jìn)行分析，基于無(wú)人機(jī)輸電線路巡視的功能需求提出無(wú)人機(jī)輸電線路巡視的優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)樹障巡視是未來(lái)線路運(yùn)維的發(fā)展趨勢(shì)，今后急需解決的是電池容量小，飛行時(shí)長(zhǎng)受限的問題。如果能夠解決上述問題，無(wú)人機(jī)航空攝影將在線路運(yùn)維上得到更加廣泛地運(yùn)用。

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